测量电源纹波常用的有哪些测量方法 ?

直流电压波动会产生纹波现象，叠加在直流上的分量称为纹波，在我们平常的应用中DCDC输出电源纹波过大对于正常工作的芯片可能会造成影响，严重的甚至会导致CPU挂机，如：板载DDR颗粒的VDD纹波过大可能会使得CPU对于DDR的数据读写出错，CPU访问到非法地址空间造成芯片的挂机。

电源输出交流纹波可以视为是直流输出叠加一个交流成分;从图中可以看出，纹波中包括了两个交流成分：一个DCDC输出的纹波信号与一个高频噪声的叠加。

(1)增大BUCK输出电容：

增大输出电容容量也就是增大了电源系统所存储的能量，当CPU在加载过程中需要大电流提供时，电源平面上较大的电容即可为CPU提供瞬时所需的能量，使得电压波动不大。但是电容的选择也是很重要的，对于小电流电源平面(负载电流3A这种)可能增加些许陶瓷电容即可达到较好的需求，但是对于大电流电源平面(负载电流上百A这种)，所增加的电容容量就会变得很大，此时ESR就变成了考虑对象。通常CPU的核心电源都是低压大电流的，一般选择大容量低ESR的高分子铝电解电容，而不选择铝液体电解电容。

测量电源纹波一般采用示波器来测量，常用的有一下三种测量方法：

1)靠连法

使用带有地线环的示波器探头，将探针直接接触正输出的管脚，线环直接接触负输出的管脚，这是由于使得环路尽量短，这样从示波器中读出的峰值为输出线上的纹波与噪声。如下图

2)直接法

将地线环直接与负输出的管脚连接，利用探头接地环进行输出端测试。

3)绞连法

输出管脚接双绞线后接电容，在电容两端用示波器测量。

测量纹波时候，需要注意的是：要清楚纹波的带宽上限，纹波为低频噪声，所以一般使用不超过纹波带宽上限太多的示波器。

在测量时，要先打开示波器的带宽限制功能，把带宽限制在20MHz，

直接用探头的屏蔽地和输出地连接，减少因地线过长产生的环路干扰。

在探头接入点的位置并联一个较小的瓷片电容和一个小电解电容，滤除外界干扰信号防止进入示波器。

四、纹波的抑制方法电源输出纹波主要来源于五个方面：低频输入纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、闭环调节控制引起的纹波噪声。

抑制这些纹波的通常方法是：加大滤波电路中电容容量、采用LC滤波电路、采用多级滤波电路、以线性电源代替开关电源、合理布线等。但根据它的分类，有针对性的采取措施往往会取得事半功倍的效果。

1、高频纹波的抑制

高频纹波噪声多来源于高频功率变换电路。在高频功率变换电路中，输入直流电压通过高频功率器件进行变换后进行整流滤波而实现的稳压输出中，一般会含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关，设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。

2、低频纹波的抑制

低频纹波的大小与输出电路中的滤波电容大小有关。电容的容量不能无限制地增加，不可避免的会造成输出低频纹波的残留。交流纹波经过DC/DC变换电路进行衰减后输出，属于低频噪声范围，其大小由控制系统的增益和DC/DC变换电路决定。由于电流型和电压型控制DC/DC变换电路的纹波抑制能力相对均不高且他们的输出端低频交流纹波较大。所以必须对低频电源纹波采取滤波措施实现电源的低纹波输出。

有的电源来说，可增大DC/DC变换器闭环增益电路和采用前级预稳压电路可以增强纹波的抑制效果、可以通过改变整流滤波器的电容量以及调节反馈回路的参数来实现对低频纹波的抑制。

3、共模纹波的抑制

共模纹波噪声一般出现在开关电源，当开关电源的矩形波电压作用于功率器件时，与功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间的寄生电容和导线中存在寄生电感相互作用，产生共模纹波噪声。对于共模纹波噪声抑制的方法有：

1)减小控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容，并在输出端加共模抑制电感及电容;

2)利用EMI滤波器可以有效的抑制共模纹波的干扰;

3)降低开关毛刺幅度。

4、闭环控制环路纹波的抑制

闭环控制环路纹波的产生原因一般是环路中的参数设置不适当，当输出端存在一定波动时，反馈网络把输出端的波动电压反馈到调节器回路，致使调节器产生自激响应，从而产生附加纹波。

抑制方法主要有：抑制调节器自激响应、合理选择环路的放大倍数、调节器稳定性、电源输出端接LDO滤波，这是减少纹波和噪声最有效的方法

开关电源纹波的抑制

对于开关纹波，理论上和实际上都是一定存在的。通常抑制或减少它的做法有五种：

1 加大电感和输出电容滤波

根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

同样，输出纹波与输出电容的关系：vripple=Imax/(Co×f)。 可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。

通常的做法，对于输出电容，使用铝电解电容以达到大容量的目的。但是电解电容在抑制高频噪声方面效果不是很好，而且ESR也比较大，所以会在它旁边并联一个陶瓷电容，来弥补铝电解电容的不足。

同时，开关电源工作时，输入端的电压Vin不变，但是电流是随开关变化的。这时输入电源不会很好地提供电流，通常在靠近电流输入端(以BucK型为例，是SWITcH附近)，并联电容来提供电流。

上面这种做法对减小纹波的作用是有限的。因为体积限制，电感不会做的很大;输出电容增加到一定程度，对减小纹波就没有明显的效果了;增加开关频率，又会增加开关损失。所以在要求比较严格时，这种方法并不是很好。关于开关电源的原理等，可以参考各类开关电源设计手册。

2 二级滤波，就是再加一级LC滤波器

LC滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波。

采样点选在LC滤波器之前(Pa)，输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，在电感上会有压降产生，导致电源的输出电压降低。而且这个压降是随输出电流变化的。

采样点选在LC滤波器之后(Pb)，这样输出电压就是我们所希望得到的电压。但是这样在电源系统内部引入了一个电感和一个电容，有可能会导致系统不稳定。关于系统稳定，很多资料有介绍，这里不详细写了。

3 开关电源输出之后，接LDO滤波

这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本最高，功耗最高的办法。 任何一款LDO都有一项指标：噪音抑制比。是一条频率-dB曲线。

对减小纹波。开关电源的PCB布线也非常关键，这是个很赫手的问题。有专门的开关电源PCB 工程师，对于高频噪声，由于频率高幅值较大，后级滤波虽然有一定作用，但效果不明显。这方面有专门的研究，简单的做法是在二极管上并电容C或RC，或串联电感。

4 在二极管上并电容C或RC

二极管高速导通截止时，要考虑寄生参数。在二极管反向恢复期间，等效电感和等效电容成为一个RC振荡器，产生高频振荡。为了抑制这种高频振荡，需在二极管两端并联电容C或RC缓冲网络。电阻一般取10Ω-100 Ω，电容取4.7pF-2.2nF。

在二极管上并联的电容C或者RC，其取值要经过反复试验才能确定。如果选用不当，反而会造成更严重的振荡。

对高频噪声要求严格的话，可以采用软开关技术。关于软开关，有很多书专门介绍。

5 二极管后接电感(EMI滤波)

这也是常用的抑制高频噪声的方法。针对产生噪声的频率，选择合适的电感元件，同样能够有效地抑制噪声。需要注意的是，电感的额定电流要满足实际的要求。比较简单的做法，不再详细解释。